電影「無間道」的開場
一首蔡琴的
「被遺忘的時光」
響起。
話說，那根信號線真的有這么神奇嗎？
真的！喜歡玩弄音響的發燒友都知道，真正優質的音響信號線就是專門為高頻到低頻信號設計的，它讓那個聲音沒有了雜音，如此的真實，仿佛就在眼前。
編碼器信號大多為數字化的方波信號，其中就有包含著很多高頻率電磁波的傳導（對此仍有疑問可以回看『干擾是咋回事』一文）。我們從專業電纜廠家訂制的優質編碼器信號專用電纜，其既需要有對外部可能的干擾信號的屏蔽設計考慮，也需要有對自身傳輸信號的信號延遲、反射波、散射波干擾與串音的設計防備，這就需要對信號傳遞的高頻（信號的波形）到低頻（信號的能量）都有很好的規劃，以確保編碼器信號的長距離傳輸與信號抗干擾。
多股合編的 0.079 毫米超細軟銅線
對于高分辨率、高速、長距離傳輸的編碼器、光柵尺、伺服電機的高頻脈沖信號，電纜內芯線的選擇極其重要，同時對于信號的高頻熱損、高頻響應、干擾串音、長距離衰減延遲均有特別的設計要求。
而這其中第一選擇就是選用多股超細高純無氧銅的芯線合編。請注意，編碼器信號是包含大量高頻成分的，因此評價和比較信號電纜線看的不再是低頻電流常用的總截面積平方數大小，而是高頻的多股超細高純鍍銅線。
抗高頻熱損：
優質高純度的銅材，確保電磁波散射高頻熱損最小，傳導最佳。
超細線的高頻響應：
優質的高純度銅材料，用以拉伸加工成 0.079mm 線徑的極細軟銅線，長距離不易被拉斷，然后每 30 股組合為 1 根信號芯線，確保高頻信號徑向反射效應損耗最小；同時，高頻信號特有的集膚效應，使得電磁波大都在導線表面傳播，多股超細芯線的表面傳輸比最高，而且可獲得極佳的高頻響應特性。
長距離的低衰減、延遲，反射波重合
超細多股的芯線及對絞的構造，使得電磁波聚集在導線表面傳輸，其傳播中的表面螺旋距離及反射距離較短，至接收端的總螺旋距離及反射距離相對更短，反射波與原始波的疊加幾乎可以重合在一起，保證了極佳的高頻響應特性，極小的高頻熱損，保證信號衰減、延遲最小;
工作直流電源線須特別加粗（105 股，達到 0.5mm2），以保證長距離電源壓降損耗的減小；
信號延遲時間參數：約 7ns/m（德國海德漢專用編碼器電纜的此項參數為 6ns/m）
散射與反射波：
雙絞配對抗串音
信號電纜線不僅僅要對抗外部干擾和自身傳輸中的反射與散射波，還需防止同一個信號電纜上的其它相位信號的串音干擾。
因此，信號電纜為每一對配對信號回路芯線設計了雙對絞，對絞節距合理設置并相互錯開，確保串音干擾最小。配對信號是互為 180° 反相的信號。例如：編碼器的 A+ 與 A-，B+ 與 B-。
互為 180° 反相的信號，在經過電磁波的傅立葉變換的分解分析后，所有分解頻率的電磁波均互為反相，在外部看電磁場變化貢獻幾乎為零，這不僅僅使這對配對信號不會有相互串音，也能將對其它相位的傳輸信號串音干擾降到最低。
雙絞的節距設計，取決于信號頻率段的選擇及實驗，以保證螺旋磁場影響最小，百米延遲時間最少。
高密超細的屏蔽層
防止外部高頻串入，提升抗干擾特性。
以高遮密度的網狀銅線覆包電纜的屏蔽構造，細密而高導通率、高響應頻率的屏蔽鍍錫銅線，以最大的吸收與最快的傳導而遮蔽、過濾外部對信號的干擾，以確保傳輸信號的干擾最小。
電纜品質特性設計
耐彎曲、耐油性、耐高溫、長壽命。
細而柔軟多股的銅線不易折斷或刺破外被，優質的外被材料耐彎曲、耐油性、耐高溫，UL2464（80℃.300V）VW-ISC，以確保電纜的長壽命。
環保出口標準 RoHS
優質的原材加工，選擇無摻加回收材料的高純度無氧銅，嚴格的內心外皮選材檢驗，以確保符合環境標準 RoHS（鎘<100ppm，鉛<1000ppm，等），產品出口歐美日的必備標準。
產品舉例：
型號：F600K0206
芯線數：8 芯
線材構造：
3 對信號（ 2 x 0.15 mm2）（ 每芯 30 股 x 0.079mm 線徑）
1 對電源（ 2 x 0.5 mm2）（ 每芯 7 x 15 股 x 0.079mm 線徑）
高密度鍍錫軟銅線外屏蔽層
工作溫度：
-10 ~ 80 ℃（繞曲）
-40 ~ 80 ℃（固定）
延遲時間：約 7ns/m
傳導距離：200米
外徑：8.6 mm
型號：F600K0208
芯線數：10 芯
線材構造：
4 對信號（ 2 x 0.15 mm2）（ 每芯 30 股 x 0.079mm 線徑）
1 對電源（ 2 x 0.5 mm2）（ 每芯 7 x 15 股 x 0.079mm 線徑）
高密度鍍錫軟銅線外屏蔽層
工作溫度：
-10 ~ 80 ℃（繞曲）
-40 ~ 80 ℃（固定）
延遲時間：約 7ns/m
傳導距離：200 米
外徑：8.9 mm
典型應用:
光柵尺、增量編碼器信號：
工作電源 Up，0V = 2 x 0.5 mm2
信號 sin/cos 或差分 5V（ A+，A- ）、（ B+，B- )、（ Z+，Z-） = 3 x 2 x 0.15 mm2
絕對值 SSI 或 EnDat：
工作電源 Up，0V = 2 x 0.5 mm2
信號（ Data+，Data- ）、（ Clock+，Clock- ）、（ A+，A- ）、（B+，B- ）= 4 x 2 x 0.15 mm2
實驗：信號波形對比
針對上述介紹的內容，我們用編碼器信號電纜（ F600K0208 ）完成了如下實驗比對：
編碼器放大電路對比：（ 2個同為一家品牌編碼器的不同電路 ）
普通電路編碼器，簡稱 P 編碼器，信號標準為 24V 推挽 1024 線；
GI58N 增量編碼器，信號標準為 5～30V 推挽（ HTL-G6 含反相信號 ）1024線。
電纜線對比：（ 2個同為一家編碼器品牌廠家的定制電纜）
較為普通的 8 芯雙絞屏蔽電纜，簡稱 P 電纜；
編碼器信號專用定制電纜（F600K0208），8 芯雙絞屏蔽，簡稱 F 電纜。
轉速對比：變頻電機調速：
225 RPM，1024 線信號頻率為 3.8 KHz；
1250 RPM，1024 線信號頻率為 21 KHz。
雙蹤示波器，A、B、Z三線模式（ 24V 電源，信號對 0V ）
對比組實驗數據與示波器圖像：
P 編碼器的低速、高速，電纜 1 米與 200 米 P 電纜對比組
1. 1 米電纜 | 較低速
從圖中可以看出信號毛刺為高次諧波干擾，（遠大于 300 KHz，因用 A、B、Z 三線式測試，干擾波無法消除），編碼器電路已對變頻干擾做了抑制設計，但是無法消除極高次諧波。而一般情況下接收端都有不超過 1MHz 的接收頻率設定，因此這類高次諧波會被過濾而不會有干擾影響。
2. 1 米電纜 | 較高速（ 21KHz ）
在較高速的頻率下，我們已經能夠看到編碼器的 A 相信號對 B 相信號的串音。
3. P 編碼器 | 200 米 P 電纜 | 較低速：
根據示波器圖像，可以看到反射波疊加與串音干擾明顯，每個方波高電平的一半高一半低，此為反射波與串音（ 90° 相位差的另一個信號串入）的疊加，脈沖信號用國產小型 PLC 計數對比，脈沖信號已計數不準。
4. P 編碼器 | 200 米 P 電纜 | 較高速（ 21KHz ）
從示波器圖中可以看到，因底部信號大于 0.7 V，高于信號 “0” 的標準，接收器已無法準確計數，即 P 電纜（普通雙絞屏蔽電纜）不可遠傳達到 200 米。同時，在較高速 21KHz 時，P 編碼器信號失真嚴重，完全不可計數。
200 米電纜遠距離傳輸實驗，是為了讓信號失真可以看得更加明顯。
P 編碼器的 200 米專用 F 電纜的較低速與較高速對比組
1. 200 米 F 電纜 | 較低速：
2. P 編碼器 200 米 | F 電纜 | 較高速 21KHz
從上面 2 張示波器圖中可以看出，F 電纜相較普通雙絞屏蔽電纜，能明顯改善信號失真，且底部基本在0.7V 以下，但在較高速時仍然有失真。
GI58N 編碼器（ HTL-G6 信號 ）的 7 米電纜與 200 米專用 F 電纜的較低速與較高速對比組：
1. GI58N 編碼器 | 7 米電纜 | 較高速 21KHz 原始信號
2. GI58N 編碼器 | +200 米遠傳專用 F 電纜 | 較低速
從以上 2 張示波器圖中看出，信號幾乎沒有失真與衰減，小型 PLC 計數對比完全正常。
3. GI58N 編碼器 | +200 米遠傳專用 F 電纜 | 較高速 21KHz
因頻率加快，信號經 200 米遠傳后，信號略有失真，但反射波疊加與串音很小，方波圖形仍然清晰可辨，底部小于 0.7V，信號質量符合增量脈沖接收端要求，接收器計數準確。
由此可以看到 HTL-G6 增量編碼器信號配合遠傳專用編碼器信號電纜，在 1250RPM 及 21KHz 頻率情況下，信號仍然可在遠傳達 200 米做到信號可用不失真。
結論
編碼器信號在傳輸過程中，不僅可能受到來自于外部的干擾，信號傳輸本身也會相互影響形成內部自干擾，生變出“雜音”。
含有反相信號的 HTL-G6 信號，配合專門定制設計的編碼器信號專用電纜（ F600K0208 ），長距離信號傳輸的失真很小，可遠傳達 200 米。
近期，我和大家分享了編碼器抗干擾系列：《干擾是咋回事》、《增量編碼器的信號干擾問題》、《實戰 | 編碼器抗干擾選型及設計》，以及本篇《專用信號電纜》，今天先暫告一個段落了。
這些對干擾的簡單涂畫，是我多年（編碼器）產品設計、制造和應用實戰的經驗小結，歡迎越來越多的同行大咖和業內高手也能加入討論。
泡一杯茶
聽一首歌
再次享受一下無雜音的
蔡琴的
「被遺忘的時光」
聽好歌就要用好線。
作者：@Q
圖文：mcrazy
以上內容由上海精浦提供，僅代表作者本人觀點，如有吻合，純屬巧合。
